在土壤气体的组成中，CO2的浓度高于大气，而O2的浓度低于大气，在浓度梯度的作用下，驱使CO2气体分子不断从土壤中向大气扩散，同时使O2分子不断从大气向土壤气体扩散。
O2和CO2在土壤中的扩散过程，部分发生在气相，部分发生在液相。通过充气孔防扩散保持着大气和土壤间的气体交流作用，为气相扩散；而通过不同厚度水膜的扩散、则为液相扩散，这两种扩散过程都可以用费克(Fick)定律表示。根据费克定律，气体的扩散速率(dQ/dt)和该气体的浓度梯度(dc/dr)以下式表示:
式中，qd表示扩散通量(单位时间通过单位面积扩散的质量); D表示在该介质中的扩散系数(其量纲为面积/时间)；c表示某种气体(O2或CO2)的浓度(单位容积扩散物质的质量)；x表示扩散的距离；dc/dx表示浓度梯度，对于气体来说，其浓度梯度常用分压梯度表示，则：
式中，B表示偏压与浓度的比。
